Луна – суровая хозяйка

В первые дни ноября большое внимание привлекло заявление Роскосмоса о планах создать постоянную посещаемую базу на поверхности Луны. Колонизация Луны и в предшествующие годы объявлялась одной из приоритетных задач отечественной космической программы.

Не отстают и другие страны: например, НАСА в конце сентября опубликовало National Space Exploration Plan, предусматривающий пилотируемые экспедиции к Луне, а в октябре официально пригласило разработчиков для создания техники, которую можно было бы использовать на Луне. Причем приоритет будут иметь проекты с близким сроком реализации – в 2019 – 2020 годах. Конкурс технологий, предназначенных для освоения Луны, намерено в ближайшее время запустить Европейское космическое агентство совместно с Агентством аэрокосмических исследований Мексики и компаниями Airbus, Blue Origin и Vinci Construction.  Собственную программу освоения Луны имеет и Китай. В начале нынешнего года завершился эксперимент симуляции лунной базы в Пекинском университете. В модуле «Югун-1» («Лунный дворец») жили четыре человека в течение 200 дней. В 2020 году к сооружению лунной базы, где будет действовать только роботы, рассчитывает приступить Япония. Не отстают и частные компании. В 2023 году посадить на Луну первый модуль, который станет началом проекта по колонизации, намеревается Blue Origin.

Обсуждать реальность этих планов пока преждевременно, слишком от многих факторов: политических, экономических, технических – зависит их реализация. Но кажется небезынтересным кратко охарактеризовать проблемы, с которыми в любом случае столкнутся создатели постоянной лунной базы.

Мысль о том, что неплохо было бы поселиться на Луне, посещала людей давно. Еще в XVII веке английский ученый Джон Уилкинс в «Рассуждение о новом мире и новой планете» предсказывал поселение землян на Луне. Впрочем, Уилкинсу и многим последующим авторам Луна казалась куда более пригодным для жизни местом, чем на самом деле. В трудах XVII – XIX века на Луне можно спокойно дышать, есть животные и растения в качестве источника пищи, а проблемой могут стать разве что взаимоотношения с коренным населением – селенитами.

Чем больше люди узнают о Луне, тем более сложной задачей кажется ее освоение. Но одновременно открываются и новые привлекательные стороны Луны. Сейчас главной приманкой служит гелий-3. Существенное количество этого изотопа в образцах лунных пород, доставленных на Землю в 1970-е годы, привлекло большое внимание, ведь гелий-3 – перспективное топливо для термоядерного синтеза. На Земле гелия-3 в необходимых количествах нет (практически, его у нас и вовсе нет, на всю земную атмосферу его лишь 35 000 тонн). В лунном же реголите его содержание составляет около 0,1 граммов на тонну.

Среди первых проблем для создателей лунной базы оказывается смена лунных дня и ночи. Они продолжаются по 354 часа. Поэтому больше двух недель ночного времени лунная станция будет лишена возможности использовать энергию, вырабатываемую с помощью солнечных батарей. Правда, вблизи лунных полюсов есть области, освещенные постоянно или почти постоянно.

Смена дня и ночи означает и колебания температуры. На Луне они значительны: от −178 °C ночью до +127 °C днем. Аппаратура и обитатели лунной станции должны быть защищены от подобных экстремальных температур. Логичным выходом кажется расположить помещения под поверхностью Луны. Там уже на глубине один метр температура оказывается почти постоянной, хотя и низкой, и изменяется в зависимости от широты от −53° С на экваторе до −123°С на полюсах.

Закопав базу, мы решим и ряд других проблем. Например, снизим метеоритную угрозу. Атмосфера Луны (если столь разреженную газовой оболочку можно назвать атмосферой) не защитит колонистов от метеоритов, а даже микрометеориты могут нанести станции существенный ущерб. Масштабы метеоритной бомбардировки нельзя недооценивать. В 2016 году ученые проанализировали изменения на снимках Луны, сделанных за семь лет аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter и пришли к выводу, что частота падения метеоритов на Луну как минимум в сто раз выше, чем считалось.

Не защищает Луна своих обитателей и от солнечной радиации, ведь собственной магнитосферы наш спутник не имеет. Поток излучаемых Солнцем частиц будет опасен не только для людей на лунной поверхности, но и для электронных приборов.

Воду на Луне тоже придется добывать из недр. Благо последние исследования свидетельствуют, что сравнительно неглубоко под поверхностью Луны имеются довольно значительные запасы воды. Правда, они находится в связанном состоянии в составе минералов. Так что ее получение станет отдельной задачей. Неслучайно отдельным направлением нового конкурса лунных технологий ЕКА станет добыча воды.

Не вполне еще ясно, насколько скажется на здоровье людей низкая сила тяжести на Луне (примерно одна шестая земной). Опыт длительных космических полетов показывает, что микрогравитация вызывает ряд изменений в организме, в том числе потерю мышечной и костной массы и угнетение иммунной системы. Если же мы позволим себе немного пофантазировать, и представим лунную колонию с постоянным населением, где будут рождаться дети, то столкнемся с проблемой силы тяжести на новом уровне, так как пока не изучено возможное влияние пониженной гравитации на развитие эмбриона.

Отдельную проблему представляет лунная пыль. Подозревают, что у нее будет более высокая абразивная активность, чем у пылевых частиц на Земле, поскольку на Луне частицы пыли не сглаживаются за счет ветровой эрозии. Поэтому лунная пыль пыль будет ускорять износ техники, выводить из строя оптические приборы, нарушать герметичность соединений.

Если же мы планируем обитаемую миссию, надо учитывать влияние пыли на здоровье людей. Астронавты, посетившие Луну, даже результате краткого контакта с лунной пылью чихали, у них слезились глаза и появлялась боль в горле. Член экипажа «Аполлона-17» Харрисон Шмит описал это состояние как «лунную сенную лихорадку». В мае этого года в журнале GeoHealth было опубликовано исследование, где попытались оценить потенциальный вред лунной пыли для живых организмов. У авторов работы не имелось, конечно же, настоящей лунной пыли, поэтому они использовали в экспериментах земной аналог (симуляции лунного и марсианского грунта на основе имеющихся данных изготавливают и предлагают исследователям ряд производителей, например, Университет Центральной Флориды или Университета Нового Южного Уэльса, также в этой роли иногда используют походящие по характеристиками базальтовые вулканические породы). Воздействию пыли подвергали клеточные культуры из клеток легких человека и нейронов головного мозга мышей. Во всех случаях живым клеткам был нанесен серьезный урон. Особенно опасными оказались образцы, где размер частиц пыли был самый мелкий. В опытах с ними погибло до 90 % клеток. Правда, авторы признают, что у них нет убедительного объяснения того, как именно пыль наносит вред. Они лишь предполагают, что пыль «может инициировать воспалительный ответ внутри клетки или генерировать свободные радикалы, которые отделяют электроны от молекул и препятствуют их нормальной работе». Более ранние исследования, тоже проведенные с земной пылью, показали, что пылевые частицы размером менее 2,5−3 мкм не выводятся из легких человека, а прикрепляются к тканям и вызывают местное воспаление.

Но ученые рассчитывают извлечь пользу и из лунного грунта. В Немецком аэрокосмическом центре был успешно проведен эксперимент, в котором из аналога лунной пыли при помощи 3D-печати изготавливались кирпичи. Планируется, что их таких кирпичей можно будет строить будущую лунную станцию. Энергия для производства кирпичей была получена от Солнца. 147 вогнутых зеркал фокусировали солнечные лучи, чтобы сплавить пылевые гранулы.

Лунный грунт можно будет использовать и для получения кислорода. Такую технологию продемонстрировали в 2009 году  Дерек Фрей (Derek Fray) из Кембриджского университета и его коллеги. Разработанная ими электрохимическая установка с электродами из титаната кальция с примесью рутената кальция позволяет получать на аноде чистый кислород. По расчетам, за год три такие установки будут получать тонну кислорода из трех тонн реголита. При этом для обеспечения процесса энергией будет достаточно солнечных батарей.

Для обеспечения обитаемой колонии продовольствием и хотя бы частичного восполнения запасов кислорода хотелось бы завести на Луне растения. Но и тут мы сталкиваемся с рядом проблем. Выращивание растений в закрытых помещениях потребует большого расхода энергии на освещение. Использовать естественный солнечный свет нельзя, ведь ночь, напомним, длится 354 часа, что никак не соответствует циркадным ритмам растений. В 1970-е годы советские ученые провели ряд экспериментов по выращиванию растений в условиях, когда светлый и темный периоды длились по 354 часа, и сообщили о некоторых успехах. Но эти работы не были продолжены. Затрудняют лунное растениеводство также отсутствие нормальной почвы, насекомых-опылителей и значительные колебания температуры.

Источник: polit.ru

Добавить комментарий